Введение к работе
Актуальность тены диссертации. Современные условия функцио-нировакия промышленности предопределяют необходимость принятия решений, связанных с применением оптимальных технологий изготовления деталей машин и оборудования о учетом ограничений сырьевой базы Республики Беларусь. В значительной степени решение этой задачи может быть обеспечено правильным выбором материала деталей, способствующим возрастанию срока их службы, а значит - сбережению материальных ресурсов.
В настоящее время разработана широкая гамма специальных конструкционных материалов, которые отличаются особыми свойствами и технологией производства. К таким материалам относятся полученные методами порошковой металлургии — некомпактные. Среди многих технологий изготовления деталей из некомпактных материалов можно выделить две наиболее'распространенные: формирование деталей непосредственно из порошков ,и нанесение порошкового материала на предварительно подготовленную поверхность заготовки. ' В первом случае наиболее распространены конструкционные, антифрикционные и инструментальные материалы на железной основе, имеющие ряд неоспоримых достоинств, среди которых возможность управления составом материала, обеспечение оптимальной структуры, экономия материала и другие. Материал деталей имеет сложные химический состав и микроструктуру, остаточную пористость, достигающую до 50% и более; наблюдается рассеивание прочностных характеристик детали. Изготовленные детали во многих случаях нуждаются в финишной механической обработке для удаления дефектного поверхностного слоя после закалки или ХТО, обеспечения требуемой точности, качества и износостойкости поверхности детали, формирования поверхностей сложной формы, которые нельзя получить в ходе прессования.
Второй вариант направлен на получение износостойких покрытий на ответственных поверхностях деталей машин и используется как для производства новых, так и для восстановления и упрочнения изношенных деталей в ремонтном производстве. Среди покрытий широко распространены материалы на основе железного порошка, причем, несмотря на разнообразие составов и способов нанесения, их объединяет сложность внутренних структур, высокая прочность, наличие пор в теле покрытия.
Эффективность использования некомпактных материалов Опреде-
ляется условиями обработки деталей. Имеющиеся рекомендации по выберу раціональнім режимоЕ обработки недостаточны и требуют дополнения с учетом появления новых материалов и областей их применения. Недостаточна информация о физических процессах в зоне резания и взаимосвязях между ними; об оптимальной геометрии и стойкости ряда режущих инструментов; технологиях обеспечения необходимого качества поверхностей деталей; обрабатываемости материалов при изменении химического состава и структуры. Отсутствуют сведения о технологической наследственности при обработке деталей из некомпактных материалов, т.е..вопросы влияния последовательности и условий технологических операций на работоспособность детали. Все это очень часто приводит к ошибкам при выборе технологии обработки детали, назначению режимов резания и режущего инструмента и в результате — к экономическим потерям вследствие производственного брака и низких эксплуатационных свойств детале 4.
Потребность решения комплекса научных и технологических задач на всех этапах обработки деталей из некомпактных ?катериалов создает важную научную проблему. Это определяет актуальность данной работы и необходимость ее выполнения.
Связь работы с крупними научными программами, тема«14. Работа выполнена в соответствии с целевой научно-технической программой Совмина БССР - Минтрактороельхозмаша СССР; постановлением Комиссии президиума СМ Республики Беларусь по вопросам научно-технического прогресса (протокол N 5(123) от 1 декабря 1993 г.); Государственной научно-технической программой фундаментальна исследований "МАТЕРИАЛ", раздел 56.
Цель и задачи исследования. Цель работы - рэыение научно-технической проблемы высокопроизводительной обработки некомпактных материалов на железной основе путем прогнозирования и управления их обрабатываемостью с технологическим наследованием эксплуатационных свойств деталей.
В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие Еэдачи:
1.. Теоретически и экспериментально раскрыты закономерности
протекания физических процессов в зоне резания':'некомпактных' мате
риалов; изучены яелєния на контактных площадках' инструмента, при
чины возникновения колебаний, характер и особенности теплообмена
и др. ' .-"^
2. Выполнено прогнозирование показателей обрабатываемости
- З -некомпактных материалов на'основе их химического 'состава, механических и теплофизических характеристик.
-
Выявлены условия работы резцов, сверл, разверток, метчиков, обеспечивающие требуемые стойкость режущих инструментов и' производительность обработки при высокой вероятности отсутствия отказов.
-
Раскрыт характер изменения сил резания, мощности и съема припуска при различных видах абразивно-алмазной обработки с учетом характеристики инструмента и особенностей состава и свойств материала детали.
б. Экспериментально и теоретически установлены основные закономерности формирования поверхностного слоя детали с заданными свойствами в зависимости от обрабатываемого материала и способа обработки.
-
Определен характер изменения точности обработанных поверхностей деталей из некомпактных материалов при различных видах обработки в зависимости от режущих инструментов и условий резания.
-
Установлены закономерности технологического наследования эксплуатационных свойств деталей из некомпактных материалов и разработаны математические модели для обеспечения оптимальных условий их лезвийной и абразивной обработки.
-
Разработаны нормативы режимов резания некомпактных материалов для их вирокого использования в промышленности.
Научная павиана получении результате состоит в :
установлении закономерностей стружкообрагования, контактных и колебательных процессов при резании некомпактных материалов;
определении характера теплообмена в зоне резания, направления тепловых потоков и уровня температур на площадках контакта и в теле детали;
выявлении закономерностей влияния состава некомпактного материала на его механические, теплофизические характеристики и особенности обрабатываемости резанием;
установлении физической природы изнашивания, критериев затупления различных типов режущих инструментов при лезвийной обработке и картины напряженного состояния в режущем клине;
определении особенностей абразивно-алмазной обработки деталей из некомпактных материалов, режущей способности кругов, характера изменения сил и мощности резания;
выявлении взаимосвязей режима резания, свойств обрабатываемого материала, его остаточной пористости и характера обработки при формировании топографии и свойств поверхностного слоя деталей из некомпактных материалов;
раскрытии роли технологической наследственности в получении деталей с заданным комплексом эксплуатационных свойств.
Практическая значимость получению результатов заключается в:
определении* рациональных инструментальных материалов, оптимальных геометрических параметров режущих инструментов, характеристик абразивных и алмазных кругов для обработки деталей из некомпактных материалов на железной основе;
установпении характера влияния условий обработки на основные показатели процесса — силы и температуры резания, закономерности колебаний, периоды стойкости режущих инструментов и их разрушение, шероховатость и наклеп обработанной поверхности детали;
разработке метода расчета основных параметров процесса обработки некомпактных материалов на основе сведений об их химическом составе, пористости и режиме резания;
получении математических моделей для расчета условий обра-ботки, исключающих разрушение режущего лезвия инструмента;
разработке технических ограничений и математических- моделей
для расчета основных показателей обрабатываемости и оптимизации
технологических операций лезвийной и абразивной обработки деталей
из некомпактных материалов; .... v
создании нормативов режимов резания при точении, сверлении, развертывании, шлифовании.некомпактных материалов на железной основе.
Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки студентов машиностроительных специальностей вузов Республики. Беларусь. . ,
Экономическая значимость получении результатов. Годовой экономический эффект от внедрения,результатов работы на предприятиях ОХР и Республики Беларусь, составил: в 198Б г. - 42,7 тыс.руб.; в 1987..г. - 32,5 тыс. руб.; в 1988 г. - 40 тыс.руб; в 1992 г. - 35 тыс. руб; в 1996 г. -.86,млн. pyoV . .
Разработанные в диссертации нормативы режимов резания и . ма
тематические модели могут быть использованы в качестве коммерчес- .
кого продукта. .' . :. ..
Основные положення диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает разработку научных основ высокопроизводительной обработки деталей из некомпактных материалов на железной основе, включа-вших'сбвокупность моделей и алгоритмов для прогнозирования их обрабатываемости с обеспечением технологического наследования эксплуатационных свойств деталей, содержащих:
1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей стружкообразования, изменения сил резания, колебательных процессов, характера теплообмена в зоне резания некомпактных материалов на железной основе.
Z. Математические модели для расчета механических, теплофи-зических характеристик некомпактных материалов и основных показателей их обрабатываемости на основе сведений о химическом составе, остаточной пористости и режиме резания.
-
Сведения о закономерностях изнашивания, критериях затупления, периодах стойкости режущих инструментов при обработке некомпактных материалов с учетом возможности разрушения режущего лезвия.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований работоспособности шлифовальных кругов, интенсивности процесса шлифования и сил резания при абразивно-алмазной обработке некомпактных материалов.
-
Результаты исследований погазателей качества обработанной поверхности, в том числе ее топографии, напряженного состояния поверхностного слоя, его микротвердости и тонкой структуры, износостойкости, а также точности обработки.
-
Математические модели оптимизации режима резания при различных видах лезвийной и абразивной обработки деталей с учетом технологического наследования эксплуатационных, свойств.
-
Обобщенные карты обрабатываемости некомпактных материалов, позволяющие обеспечивать рациональные условия лезвийной и абразивной обработки деталей.
личный вклад соискателя. При выполнении работы соискателем выполнено:
исследован характер стружкообразования, уровень сил резания, контактных нагрузок и напряжений, закономерности возникновения колебательных процессов, характер и закономерности теплообмена и другие физические процессы при обработке деталей из некомпактных материалов на железной основе;
разработаны математические модели для расчета основных механических . и теплофизических свойств некомпактных материалов и показателей обрабатываемости на основе сведений об их химическом составе, остаточной'пористости и режиме резания;
установлены критерии затупления различных типов режущих инс- -трументов при лезвийной обработке и уровни их стойкости, .а также особенности напряженного состояния в режущем клине;
изучены работоспособность шлифовальных кругов, производительность процесса шлифования' и силы резания при абразивно-алмазной обработке некомпактных материалов; .
выявлены особенности формирования обработанной поверхности детали, в том числе ее топографии, напряженного состояния в поверхностных слоях, их микротвердости, тонкой структуры и других параметров;
установлены закономерности технологического наследования свойств при обработке некомпактных материалов, роль условий обработки в этом процессе и их влияние на обеспечение высоких эксплуатационных характеристик детали;
предложены системы технических ограничений и разработаны модели для оптимизации технологических процессов лезвийной и абразивной обработки деталей из некомпактных материалов;
разработаны нормативы режимов резания некомпактных материалов, вошедшие в справочник "Режимы резания металлов". - М., 1995.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы доложены на ряде научно-технических конференций и семинаров, в том числе на 18 Международном симпогиуме в Зелена Гура (1996), на международных конференциях "Изностойкость ыа-" шин"(Брянск, 1996), "Совершенствование процессов финишной обработки в машино- и приборостроении, экология и защита окружающей среды" (Минск, 1995),. " 51 юбилейная конференция БГПА" (Минск, 1995), "Отдёлдано-упрочняюшая обработка в машиностроении"(Минск, 1994), "Теплофизика технологических процессов"(Рыбинск, 1992); всесоюзных научно-технических конференциях "Технологическая теплофизика" (Тольятти, 1988), "Интенсификация технологических процессов механической обработки"(Москва, 1986), "Новые конструкции и прогрессивная технология производства инструмента"(Мосі за, 1984), "Исследование и разработка теоретических проблем в области порошковой металлургии и защитных покрытий"(Минск, 1984); республиканских научно-технических конференциях "Пути повышения качест-
ва и технического уровня большегрузных автомобилей" (Шнек, 1995), "Современные материалы, оборудование и технология упрочнения и восстановления деталей машин"(Новополоцк, 1995), "Новые материалы и технологии"(Минск,1996) и др.
Опувлнкованность результатов. По теме диссертации опубликовано свыше 80 работ, среди которых монография, учебник, справочник по расчету режимов резания, три учебных пособия, 5 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, списка использованных источников из 233 наименований и приложения. Работа содержит 425 страниц, в том числе 196 страниц машинописного текста, 159 рисунков, 54 таблицы. Приложения содержат 15 страниц.
